电工电子技术基础 课件 第1章直流电路的分析与应用

第1章直流电路的分析与应用（2）1.3直流电路的基本元件1.3.1电源1.3.2电阻元件1.4直流电路的分析方法1.4.1电阻的连接1.4.2支路电流法1.4.3叠加定理1.4.4戴维南定理1.3直流电路的基本元件【学习目标】1）理解电源、电阻的概念及特性。2）掌握电源的两种模型。3）掌握电阻的欧姆定律。电路中常用的元件有电源、电阻、电感、电容、二极管、三极管、晶闸管等。电路是由电路元件连接组成的。二端元件：具有两个引出端的元件元件多端元件：具有两个以上引出端的元件

一、电源电动势电动势：

电源内部有一种电源力，它将正电荷从低电位处经电源内部移向高电位处，从而保持电荷运动的连续性。电源力将单位正电荷q从电源负极移到电源正极所作的功，用E或者e表示，是电源的专用名词。大小及方向：电源EU电源EUE=UE=̶U

即电源电动势与电源电压大小相等、方向相反，单位也是伏特。1.3.1

电源

二、电源模型1、电压源：具有较低内阻的电源。分为直流电压源和交流电压源。理想电压源：内阻为零的电压源—

Us

或us

。US或usUS理想电压源的符号USR0电压源电路是一种理想的情况，实际电源不可能如此。

实际电源可以表示为Us=E的理想电压源和电阻Ro串联电路干电池、铅蓄电池及一般直流发电机都可视为直流电压源。2、电流源：具有很大内阻的电源。分为直流电流源和交流电流源。理想电流源：内阻为无限大的电流源—IS

或is

。理想电流源符号电流源电路是一种理想的情况，实际电源不可能如此。

实际电源也可以用电流为IS的理想电流源和电阻Ro串联表示晶体管工作于放大状态时就接近于理想直流电流源。Is或isIsR0

1.电阻的概念起电阻作用的二端耗能元件物体对电流的阻碍作用。电阻电阻作用：电阻元件：R或r表示：欧姆[Ω]单位：R1.3.2

电阻元件电阻的倒数叫电导，用G表示，单位西门子[S]。与导体的材料、长度以及导体横截面面积有关，还与导体所处的环境温度有关。大小：2.电阻的分类固定电阻器可变电阻器碳膜电阻金属膜电阻金属氧化膜电阻贴片电阻按结构形式热敏电阻压敏电阻光敏电阻--------0--------碳膜电阻金属膜电阻金属氧化膜电阻贴片电阻绕线电阻热敏电阻排电阻轴向引线电阻无引线电阻按引出线精密电阻高频电阻按用途大功率电阻容断电阻----------------3.电阻的符号

（a）（b）（c）（d）（e）（f）（a）电阻的一般符号；（b）可调电阻；（c）热敏电阻；（d）压敏电阻；（e）光敏电阻；（f）W电阻；4.欧姆定律电压电流关联参考时：

在一段电路中，通过电路的电流大小与这段电路两端的电压大小成正比，与这段电路的电阻值成反比。电压电流非关联参考时：电压电流为交流量时，以上各式中的字母均为小写字母。根据欧姆定律可以推导出电阻的功率为:1.4直流电路的分析方法【学习目标】1）理解电路等效变换的概念。2）掌握电阻等效电路的化简和等效电阻的计算。3）掌握支路电流法、电源等效互换法、叠加定

理等电路分析方法。4）理解戴维南定理及其应用。1.4.1

电阻的连接

电阻在使用时可以根据需要将它们连接成具有两个或者三个端子的组合电路，这个组合电路可用一个等效的电阻来代替，其阻值叫做组合电路的等效电阻(或总电阻)。

常见的电阻连接方式有串联、并联、混联、星形连接和三角形连接等形式。R1R3R2U1U2U3UI1I2I3II1

=I2

=I3

=IU=

U1

+U2

+U3R=

R1

+R2

+R3特点：第i个电阻的阻值第i个电阻的电压串联电路的总电阻串联电路的总电压分压公式选择电流、电压参考方向如图分压系数电阻首尾顺序相连中间无分支串联(+)：1.电阻的串联电路

在图所示的分压器中输入电压U

i=12V，R1=350Ω，R2=550Ω，RW=270Ω，试求输出电压UO的变化范围。·R1R2R3RPUOUi分压器

解：由图知，当RP触头调到下端时，输出为Uomin当触头调到上端时，输出为Uomax

即分压器的输出电压Uo的变化范围是5.6～8.4V之间。例R3R1并联(∥)：电阻首和尾分别相并连接R2U1U2U3UI2I1I3I选择电流、电压参考方向如图U1

=U2

=U3

=UI=I1

+I2

+I3特点：（G=G1+G2+G3）

两电阻并联等效电阻：两电阻并联分流公式：2.电阻的并联电路

有一表头，满刻度电流I

g=100µA（即允许通过的最大电流），内阻R

g=1kΩ。现需扩展其量程，如图示。若要改变成量程（即测量范围）为10mA，50mA的电流表，应并联多大的电阻R

a、R

b

？例解：先求表头允许的最大电压U

g

=

I

g

R

g

=0.1V再求分流电阻分流的数值量程10mA时：Ia

=I-

Ig

=

9.9mA量程50mA时：Ib

=I-

Ig

=

49.9mA再求分流电阻的阻值既有串联又有并联构成的电阻连接方式。利用串并联电路的特点及分压、分流公式分析。混联：难点关键电路总电阻的求解等效电路图的画法

用字母将各电阻连接点标出，相同的点用同一字母将各字母依次排开端点字母在两端将各字母间的电阻补上得到等效电路3.电阻的混联电路例b···abbbbc·cd·de·ef·fR1R2R3R4R5R6R7R8R9b求下图1中a、b间的等效电阻。····ab····R1R2R3R4R5R6R7R8R9图1图2a、b间等效电路如图2，则等效电阻是：Rab=[（R4∥R6+R3）∥R5+R2]∥（R8+R7∥R9）+R1根据画等效电路的方法，解:电路的有关术语支路：电路中每一段不分支的路，称一条支路。节点：电路中支路的交点。用字母或者数字表示。回路：电路中由支路组成的闭合路径称回路。网孔：回路内部不含支路的回路，称为网孔。用字母表示，首尾字母呼应。即一个“窟窿”为一个网孔。1.4.2

支路电流法1.基尔霍夫定律a123管道3中的水流方向

？？？KCL：电路任一节点，在任一时刻，流入该节点全部电流的总和等于流出该节点全部电流的总和。节点电流方程（KCL）方程：∑i

i（t）

=∑i

o（t）也可写成：∑i(t)

=0·ai1（t）i2（t）i3（t）i1（t）+i2（t）

=

i3（t）如果电流是直流量，则各电流都用大写字母。基尔霍夫电流定律（基尔霍夫第一定律，KCL）基尔霍夫电压定律（基尔霍夫第二定律，KVL）US1US2R1R2R3··abcdU3U2U1Uad+Udb+Ubc+Uca=0U2+US2-US1+U1=0Uab=Uad+Udb=Uac+UcbUad+Udb-Ucb-Uac=0KVL：电路任一回路，在任一时刻，组成该回路的各支路的电压代数和为零。回路电压方程（KVL）方程：∑U

=0如果电压是交流量，则都用小写字母。构建支路电流法方程找出电路中的节点（n个)、支路（b条）、网孔（m个）在电路中标出各支路的电流（b个）用支路电流表示各电阻电压，列出m个网孔的KVL方程列出n-1个KCL方程

联立（n-1）+m=b个方程，组成方程组（求解方程组，可以得到各支路电流）2.基尔霍夫定律例列出图示电路的支路电流法方程。US1US2US3····R1R2R3R5R4R6a节点：a、b、c、d1支路：ab、ad、ac、bc、bd、cdbcd网孔：abda、bcdb、acba①②③2标出各支路电流选择参考方向KCL方程：3a：I1+I2-I4=0I4I1I2I6I5I3b：I3+I4-I6=0c：I1+I5-I6=0KVL方程：4①：I4R4+US3-I3R3+I2R2-US2=0②：I6R6+I5R5+I3R3-US3=0③：US1-I1R1-I6R6-I4R4=0联立六个方程组成方程组，求解后可以得到各支路电流1.4.3

叠加定理

叠加定理：在线性电路中，当有两个或两个以上

的独立电源作用时，则任意支路的电

流或电压，都可以认为是电路中各个

电源单独作用而其他电源不作用时，

该支路中产生的各电流分量或电压分

量的代数和。证明（a）·USISR1R2UI·IS（b）··R1R2U′I′US（c）R1R2U″I″（a）图中（b）图中（c）图中注意事项1、求电压、电流代数和时，分量的参考方向与总量的参考方向一致时，该分量取正，相反时该分量取负。2、激励作用为零又称作除源：电压源用短路替代，电流源用开路替代。3、不能用叠加定理计算功率。可见∴（a）+（b）=（c）有源二端网络：含有电源的二端网络无源二端网络：没有电源的二端网络有源网络ab电源abUSR0abUS：等于网络a、b间开路时的开路电压，即US

=Uaboc

。Ri：网络除源后（成为无源二端网络）的等效电阻Rab

。1.4.4

戴维南定理戴维南定理：任意有源二端网络都可以等效为一电压源US串一电阻Ri；其中电压源的电压US等于网络的开路电压UOC，电阻Ri等于网络除源后端口的等效电阻。注意：除源是指网络中所有的电源作用为零。

电压源除源相当于短路，可用短路线替代。

电流源除源相当于开路，可用开路替代。用戴维南定理求图示电路中R上的电流I。例IS（a）·USR